DD271397A1

DD271397A1 - DEVICE FOR DETECTING NOISE LIGHTS IN GAS INSULATED ELECTRICAL EQUIPMENT, PREFERABLY IN LOW VOLTAGE RANGE

Info

Publication number: DD271397A1
Application number: DD31426088A
Authority: DD
Inventors: Dietrich Stade; Klaus Heinze; Karl-Heinz Huelle
Original assignee: Ilmenau Tech Hochschule
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1989-08-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erkennung von Stoerlichtboegen in gasisolierten elektrotechnischen Anlagen, vorzugsweise im Niederspannungsbereich, die eine sichere Erfassung von Stoerlichtboegen mit einem geringen technischen und oekonomischen Aufwand ermoeglicht. Dazu wird ein Lichtwellenleiter in definierter Weise in dem stoerlichtbogengefaehrdeten Raum (z. B. Schaltzelle) an den Betriebsspannung fuehrenden Teilen (z. B. Sammelschiene) angebracht. Im fehlerfreien Zustand wird durch den Lichtwellenleiter ein definiertes Signal uebertragen. Dieser Signalfluss wird durch die Wirkung eines auftretenden Lichtbogens beeintraechtigt. In Auswertung dieser Information wird ein selektiv arbeitender Schutz angeregt (z. B. vorgeordneter Leistungsschalter, Kurzschliesser). Eine Fehlausloesung ist ausgeschlossen. Durch das Verfahren wird eine staendige Funktionskontrolle ohne Beeintraechtigung der Schutzfunktion realisiert. Fig. 1The invention relates to a device for detecting Stoerlichtboegen in gas-insulated electrical equipment, preferably in the low voltage range, which allows a reliable detection of Stoerlichtboegen with a low technical and oeconomic effort. For this purpose, an optical waveguide is attached in a defined way to the operating voltage-carrying parts (eg busbar) in the room under fault arc (eg switching cell). In the fault-free state, a defined signal is transmitted by the optical waveguide. This signal flow is impaired by the effect of an occurring arc. In evaluation of this information, a selective protection is stimulated (eg upstream circuit breaker, short-circuit). A false release is excluded. The method realizes a continuous function check without impairing the protective function. Fig. 1

Description

äußerer elektrischer Größen besteht in der Festlegung der richtigen Schwellwerte, da es sich bei Störlichtbögen um nicht stabilisierte oder wandernde Lichtbögen handelt, also um stochastisch^ nichtperiodische elektrische Vorgänge mit sich in weiten Bereichen vollziehenden Änderungen der elektrischen Größen.External electrical quantities consists in the definition of the correct threshold values, since arcs of arcing are unstabilized or traveling arcs, ie stochastic electrical processes with wide-ranging changes of the electrical quantities.

Es ist eine Lichtbogenerfassungseinrichtung nach DD-WP 217073 bekannt, die den Spannungsabfall über dem Störlichtbogen, der eine zusätzliche Impedanz im Kurzschlußstromkreise darstellt und auf zusätzliche in den Sammelschienenzwischenraum eingebrachten Hilfselektroden Fußpunkte bildet, abgreift und auswertet. Weiterhin ist nach DE-OS 2849828 ein Lichtbogendetektor bekannt, der aus einem Induktionsschleifensystem zur Erfassung des vom Lichtbogen ausgehenden Magnetfeldes besteht, wobei die gemessene Spannungs-Zeit· bzw. Strom-Zeit-Fläche als Lichtbogenkriterium dient. Nachteil bei der Einrichtung ist, daß zusätzliche Elemente in den Sammelschienenzwischenraum eingebracht werden müssen und dies gerade in kompakt gebauten Niederspannungs-Schaltanlagen nicht an jeder beliebigen Stelle möglich ist.It is an arc detection device according to DD-WP 217073 is known, the voltage drop across the arc, which is an additional impedance in the short circuit circuits and forms additional points in the busbar intermediate space introduced auxiliary points, picks and evaluates. Furthermore, according to DE-OS 2849828 an arc detector is known, which consists of an induction loop system for detecting the outgoing from the arc magnetic field, the measured voltage time · or current-time surface is used as an arc criterion. Disadvantage of the device is that additional elements must be introduced into the busbar gap and this is not possible at any point in compactly built low-voltage switchgear.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Methode, um Störlichtbögen in gasif, liierten elektrotechnischen Anlagen, vorzugsweise im Niederspannungsbereich, sicher und zuverlässig erkennen zu können. Die Erfindung ist mit relativ einfachen technischen Mitteln mit geringem ökonomischen Aufwand realisierbar. Dabei wird ein entstehender Störlichtbogen sicher als solcher identifiziert, d. h„ er wird eindeutig von anderen möglichen Lichtbogen und anderen physikalischen Erscheinungen in- und außerhalb derzu überwachenden elektrotechnischen Anlage unterschieden und somit eine Fehlauslösung ausgeschlossen. Gleichzeitig arbeitet das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip so, daß Selektivität zwischen den Schutzeinrichtungen der Anlage möglich ist, d. h. der Ort bzw. der Bereich der Existenz des Störlichtbogens wird ermittelt. Bei uneingeschränkter Aufrcchterhaltung der Schutzfunktion ist eine stündige Funktionskontrolle durchführbar.The aim of the invention is a method to identify fault arcs in gasif, liierte electrotechnical systems, preferably in the low voltage range, safe and reliable. The invention can be implemented with relatively little technical effort with relatively simple technical means. In this case, a resulting arc fault is safely identified as such, d. h "he is clearly distinguished from other possible arcs and other physical phenomena inside and outside the monitoring electrical system and thus ruled out a false tripping. At the same time, the principle underlying the invention works so that selectivity between the protective devices of the system is possible, d. H. the location or the area of existence of the arc is determined. With unrestricted maintenance of the protective function, an hourly functional check can be carried out.

Essence of invention

In jeder gasisolierten elektrotechnischen Anlage kann es durch Fehlschaltungen, Überspannungen oder Geräteversagen zur Ausbildung von Störlichtbögen kommen. Es ist nicht möglich, durch konstruktive Maßnahmen diese Störlichtbögen vollständig zu verhindern. Um die freigesetzte Störlichtbogenenergie und damit die Gefährdung für Personal und Anlage auf ein nicht schädliches Maß herabzusetzen, muß die Wirkdauer minimiert werden. Voraussetzung dafür ist eine sichere Erkennung eines auftretenden Störlichtbogens.In every gas-insulated electrical system, faulty circuits, overvoltages or equipment failures can lead to the formation of arcing faults. It is not possible to completely prevent these arcing faults by constructive measures. In order to reduce the released arc energy and thus the risk to personnel and equipment to a non-harmful level, the duration of action must be minimized. Prerequisite for this is a reliable detection of an occurring arc fault.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, einen in einer gasisolierten elektrotechnischen Anlage, vorzugsweise im Niederspannungsbereich, entstandenen Störlichtbogen sicher und selektiv zu erkennen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Lichtwellenleiter in definierter Weise in dem störlichtbofjengefährdeten Raum (z.B. Schaltzelle, Stromschienensvsteme) an den Betriebsspannung führenden Teilen (z.B. Sammelschienen, Abgangsschienan, Sicherungshalterungen, Anschlußstellen von Schaltgeräten, Wandlern, Durchführungen, Kabeln und Einschüben) angebracht ist. Es ist erforderlich, an jedem Betriebsspannung führenden Teil (bei der Überwachung von Drehbtromanldgen jeder Leiter des Drehstromsysteme) in jedem Bereich b2w. Teilbereich der Anlage einen Lichtwellenleiter anzuordnen. Eine Zusammenschaltung bzw. Verbindung der an den Leitern des Drehstromsystems angebrachten Lichtwellenleiter ist möglich. An dem einen Ende des Lichtwellenleiters ist eine Strahlungsquelle angebracht, die ein definiertes Signal (z.b. konstante Amplitude) in den Lichtwellenleiter aussendet, m fehlerfreien Zustand wird dieses Signal von einem, dieses zu empfangen bestimmten, fotoelektrischen Bauelement unvc -ändert empfangen.The invention has for its object to provide a way to safely and selectively detect a resulting in a gas-insulated electrical system, preferably in the low voltage range, arcing. According to the invention the object is achieved in that a fiber optic cable in a defined manner in the störlichtbofjengefährdeten space (eg switching cell, busbar systems) to the operating voltage leading parts (eg busbars, Abgangsschienan, fuse holders, connection points of switching devices, converters, bushings, cables and bays) is attached , It is required at each operating voltage leading part (in monitoring Drehbtromanldgen each head of the three-phase systems) in each area b2w. Subarea of the system to arrange an optical waveguide. An interconnection or connection of attached to the conductors of the three-phase system optical fiber is possible. At the one end of the optical waveguide, a radiation source is applied, which emits a defined signal (eg constant amplitude) in the optical waveguide, m error-free state, this signal from a, to receive this particular photoelectric device unvc-modified received.

Erfindungsgemäß werden die optischen Eigenschaften des Lichtwellenleiters, der an den Betriebsspannung führenden Elektroden anliegend angebracht wird, durch einen, in dem zu schützenden Anlagenteil auftretenden Störlichtbogen durch dio vom Fußpunkt oder von der ßogensöule ausgehende Wärmewirkung verändert. Dadurch wird der Informationsfluß in der Art beeinträchtigt, daß eine Minderung der Intensität des empfangenen Signals bzw. eine Unterbrechung des Signals eintritt. Dadurch wird zweifelsfrei die Existenz diesos Lichtbogens angezeigt. Das kann zur Initiierung weiterer Arbeitsschritte verwendet werden, z. B. Anregung eines selektiv arlaitenden Schutzes (vorgeordneter Leistungsschalter, Kurzschließer). Eine Fehlauslösung ist ausgeschlossen. Um bereits eine selektive Erfassung zu realisieren, ist es möglich, mehrere solche unabhängig voneinander arbeitende Einrichtungen in den einzelnen Teilbereichen der Anlage einzusetzen (z. B. im Einspeisebereich, AbgB'igsbereich, Sammelschienenraum), um bei einem Störlichtbogenfehler nur den jeweils vorgelagerten Schutz anzuregen.According to the invention, the optical properties of the optical waveguide, which is attached fittingly to the operating voltage electrodes, are changed by a fault occurring in the part of the system to be protected arc caused by the heat emanating from the base or from the heel. Thereby, the information flow is impaired in such a way that a reduction of the intensity of the received signal or an interruption of the signal occurs. This undoubtedly indicates the existence of this arc. This can be used to initiate further operations, eg. B. Excitation of selective protection (upstream circuit breaker, short circuiter). A false triggering is excluded. In order to realize selective detection, it is possible to use a plurality of such independently operating devices in the individual subareas of the installation (eg in the feed area, exhaust area, busbar area) in order to only excite the respective upstream protection in the event of an arcing fault ,

Mit Hilfe des im Ruhezustand durch den Lichtwellenleiter übertragenen Signals wird erfindungsgemäß eine ständige Überwachung der Funktion und Kontrolle der Betriebsbereitschaft der Einrichtung realisiert, ohne daß eine Spannungsfreischaltung der elektrotechnischen Anlage notwendig ist oder eine Beeinträchtigung der Schutzfunktion eintritt.With the help of transmitted in the idle state by the optical waveguide signal according to the invention a continuous monitoring of the function and control of the operational readiness of the device is realized without a voltage isolation of the electrical system is necessary or an impairment of the protective function occurs.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:

Fig. 1: Prinzipdarstellung der EinrichtungFig. 1: Schematic representation of the device

Fig. 2: Geradlinige Anordnung des Lichtwellenleiters an einem Betriebsspannung führem en Teil Fig. 3: Wendeiförmige Anordnung des Lichtwellenleiters an einem Betriebsspannung führenden TeilFig. 2: Linear arrangement of the optical waveguide on an operating voltage leading en part Fig. 3: Wendeiförmige arrangement of the optical waveguide at an operating voltage leading part

Gemäß Fig. 1 ist die Strahlungsquelle 1, die in den Lichtwellenleiter 2 ein definiertes Signal aussendet, ein fotoelektrisches Bauelement 3, das zum Empfang dieses Signal bostimmt ist, und eine nicht näher zu beschreibende Schaltung 4 zur Bewertung dieses Signals hinsichtlich Intensität, die zur Initiierung weiterer Arbeitsschritte dient, dargestellt. Die Strahlungsquelle 1, das fotoelektrische Bauelement 3 und die Schaltung 4 sind außerhalb des störlichtbogengefährdeten Raumes 5 angeordnet, von den Betriebsspannung führenden Teilen räumlich und galvanisch völlig getrennt. Der Lichfvellenleiter 2 wird in den störlichtbogengefährdeten Raum 5 geführt und an den Betriebsspannung führenden Teilen fest angebracht. Er ist derart an diesen anzuordnen, daß ein zwischen den Loitern des Drehstromsystems und/oder zwischen einem Leiter und einem geerdeten leitfähigen Anlagenteil (z. B. Umhausui g) an einem Ort brennender und/oder wandernder Störlichtbogen mit Sicherheit zu einer Veränderung des Übertragungsverhsltens des Lichtwellenleiters 2 führt. Als Folge der Veränderung des Übertragungsverhaltens des Lichtwellenleiters 2 wird das von der Strahlungsquelle 1 ausgesendet ^^!qnal vom fotoelektrisch^ Bauelement 3 mit einer vom fehlerfreien Zustand abweichenden Intensität empfangen und in der Sei., 'ung 4 bewertet. Gleichzeitig wird in der Schaltung Λ mit Hilfe des im Ruhezustand durch den Lichtwellenleiter 2 übertragenen Signals eine ständige Überwachung der Funktion und Kontrolle der Betriebsbereitschaft der Einrichtung realisiert. In Fig. 2 und 3 sind zwei mögliche Ausführungen der Anbringung c*es Lichtwellenleiters 2 an einem Betriebsspannung führenden Teil 6 (z. B. horizontale Schiene, Kochkantanordnung) dargestelr;. In Fig.2 wird der Lichtwellenleiter 2 in der Mitte der nach oben und unten weisenden Oberfläche einer horizontalen, hochkant angeordneten Seltene 6 befestigt. In Fig. 3 ist der Lichtwellenleiter 2 wendelförmig an der horizontal und hochkant angeordneten Schiene 6 anliegend geführt. In beiden Fällen wird gewährleistet, daß durch die Fußpuoktblldung des Störlichtbogens in unmittelbarer Nähe des Lichtwellenleiters 2 dessen in Störlichtbogenfreien Falle vorliegender Informationsfluß beeinträchtigt wird. Zweckmäßigerweise ist durch Reihenschaltung der Lichtwellenleiter 2 mehrerer Betriebsspannung führender Teile 6, z. B. der drei Leiter des Drehstromsystems, zu einer Schleife der störlichtbogengefährdete Raum G, z. B. ein Teilbereich der Anlage, ru überwachen.1, the radiation source 1, which emits a defined signal in the optical waveguide 2, a photoelectric device 3, which is bostimmt to receive this signal, and a circuit 4 not to be described in detail for evaluating this signal in terms of intensity, the initiation further steps, shown. The radiation source 1, the photoelectric device 3 and the circuit 4 are arranged outside the arc annoying space 5, of the operating voltage leading parts spatially and galvanically completely separated. The Lichfvellenleiter 2 is guided in the arc-endangered space 5 and attached to the operating voltage leading parts. It is to be arranged on the latter such that an arc which burns and / or migrates in one place between the Loitern of the three-phase system and / or between a conductor and a grounded conductive part of the plant (eg Umhausui g) certainly with a change of the transmission of the Optical waveguide 2 leads. As a result of the change in the transmission behavior of the optical waveguide 2, the radiation emitted by the radiation source 1 ^ ^! qnal received from the photoelectric device 3 with an intensity deviating from the error-free state and evaluated in FIG. 4. At the same time a constant monitoring of the function and control of the operational readiness of the device is realized in the circuit Λ using the signal transmitted in the idle state by the optical waveguide 2. In Fig. 2 and 3 are two possible embodiments of the attachment c * it optical waveguide 2 at an operating voltage leading part 6 (eg., Horizontal rail, Kochkantanordnung) dargestelr. In FIG. 2, the optical waveguide 2 is fastened in the center of the upwardly and downwardly facing surface of a horizontal, edgewise-arranged rare 6. In Fig. 3, the optical waveguide 2 is guided helically on the horizontal and upright rail 6 fitting. In both cases it is ensured that the Fußpuoktblildung the arc in the immediate vicinity of the optical waveguide 2 whose present in arc fault trap information flow is impaired. Conveniently, by series connection of the optical waveguide 2 more operating voltage leading parts 6, z. B. the three conductors of the three-phase system, to a loop of the arc fault room G, z. B. a portion of the plant, monitor ru.

Claims

-1- 271 3 J7 Claim for invention:

Device for the detection of arcs, which exist in gas-insulated electrical equipment, preferably in the low voltage range, between arbitrarily shaped electrodes, characterized in that the arc at risk room (5) to the operating voltage leading parts (6) adjacent Lichtwellenleitet (2) are mounted, that they a, in the optical waveguide (2) emitting a defined signal emitting, the radiation source (1) and a, receive this signal specific, photoelectric device (3) and further that the optical waveguide (2) at all locations at which arcs ar ar. rb.lden can, is arranged.

For this 3 pages drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a device for the unique detection of arcing faults in gas-insulated electrical equipment, preferably in the low-voltage range, in which arcing faults that can lead to hazards to people and / or property, occur. By applying this invention, it is possible to unequivocally detect the occurrence and location of the occurrence of arcing faults in these systems, thereby stimulating switching or protective devices and thus minimizing the harmful effects. At the same time it is possible to realize a permanent functional control of the device without affecting the protective function.

Characteristic of the known technical solutions

The emergence of arcs in gas-insulated electrical equipment can not be excluded. In addition to the magnitude of the fault current, the arc flash duration is critical to the effects of arcing faults. h., the expenses for measures for personal and equipment protection are determined at a given facility by the Störlichtbögenbrenndauer. As is known, a reduction of the arc fault exposure time is aimed at the structural measures for preventing arc fault. There are known devices and methods for the detection, detection and reporting of arcs in gas-insulated electrical equipment that use the optical, thermal, pneumatic, acoustic, electrical and electromagnetic phenomena of an arc individually or in combination as criteria of detection.

It is a monitoring device for detecting arcing faults in encapsulated, gas-insulated switchgear known from DE-OS 3110766, which detects the light of a fault arc, which enters through a half-mirrored window in the enclosure of the switchgear in a light guide cable by a photoelectric sensor and evaluates. Another device for the protection of encapsulated insulated with compressed gas switchgear against arcs (DE-OS 2216238) has arranged within the enclosure of the switchgear photosensitive elements. Disadvantages of this device are u.a. The fact that the optically active parts of the unavoidable contamination by dust deposition or by exposure to them by metal vapors from the built-in switching devices are subject and therefore often need to be maintained. On the other hand, the threshold of the Lichtbogi used must be used detecting device relatively high in order to avoid possible false shutdowns by switching arcs and other foreign light sources. In addition, a proper arrangement of these devices is necessary to complete monitoring of the subject Nden volume, z. B. to achieve a switching cell.

According to DD-WP 110390 a method and a device for reducing the effects of occurring in switchgear arcing are bokannt that use the intense heat radiation of the arc to its indication. By triggered when exceeding a certain temperature explosive chemical reaction, a plasma is generated, which short-circuits the three main conductors and thus can turn off the upstream switching device instantaneously. The disadvantage of this device is that the indicator must be in the immediate vicinity of the arc formation site. The high circuit complexity also reduces the immunity to interference. The evaluation of the pressure rise as a criterion for the existence of a fault arc is very often used. For this purpose, the switching cells are provided with pressure relief valves, which open at a caused by the arc in the switching cell pressure increase and a direct coupling with the pawl of a switch release device (DE-GM 7505439), via a coupling with an auxiliary switch (DD-WP 140939) or . Via an interruption of the beam of a light barrier (DE-OS 3146723) trigger further operations. A disadvantage of this device is that it is bound to encapsulated systems having pressure relief flaps. This condition is not always met in the low voltage level. Due to the thermal inertia of the air as well as the mechanical inertia of the pressure relief flap and the auxiliary circuits, the detection times become relatively large, whereby the destruction within a low-voltage switch panel is already considerable due to its high compactness. A method and an arrangement for detecting and switching off arcing faults Electrical equipment according to DD-WP 209550 compares the course of the busbar voltage during an arcing fault with a predetermined voltage curve. Another method according to EP 0053229 constantly compares instantaneous values of busbar current and voltage with experimentally determined and prefixed variables. The disadvantage of using